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静心探索重要的基础科学问题不求“短平快”70后物理学家翁红明******

　　翁红明在讲解电子运输理论。

　　田春璐摄

　　人物简介：

　　翁红明，1977年出生，现为中国科学院物理研究所凝聚态理论与材料计算实验室研究员、博士生导师。主要致力于凝聚态物理计算方法和程序的开发以及新奇量子现象的计算研究，成果入选2015年度中国科学十大进展、英国物理学会《物理世界》2015年度十大突破、美国物理学会《物理评论》系列期刊创刊125周年纪念文集等。

　　在中科院物理研究所（以下简称“物理所”）的年轻人里，研究员翁红明是小有名气的一位。就在刚刚过去的2022年，他因在数学物理学领域的杰出贡献，获得第四届“科学探索奖”。

　　在国际计算凝聚态物理研究领域，翁红明成果颇丰。其中最为人称道的，是他和同事们合作首次在固体中观测到外尔费米子和三重简并费米子的准粒子。这是国际上物理学研究的重要科学突破，对拓扑电子学和量子计算机等颠覆性技术的诞生具有非常重要的意义。

　　自由思考、厚积薄发，真正对人类文明有所贡献

　　1928年，英国物理学家保罗·狄拉克提出了描述相对论电子态的狄拉克方程。1929年，德国科学家赫尔曼·外尔指出，当质量为零时，狄拉克方程描述的是一对重叠的具有相反手性的新粒子，即外尔费米子。这种神奇的粒子带有电荷，却不具有质量，因而具有确定的手性（指一个物体不能与其镜像相重合，如我们的双手，左手与右手互成镜像，但不能重合）。

　　但是80多年过去了，科学家们一直没有能够在实验中观测到外尔费米子。直到2015年1月初，中科院物理所方忠研究员带领的研究组与普林斯顿大学研究小组合作，从理论上预言了在以砷化钽为代表的一批材料中存在着外尔费米子。此后，这个理论预言经过实验得到了进一步验证。

　　在研究过程中，翁红明发挥了至关重要的作用。他从发表于1965年的一篇实验文献中受到启发，并通过第一性原理计算，初步认定砷化钽晶体等同结构家族材料可能是无需进行调控的、本征的外尔半金属。这类材料能够合成，没有磁性，没有中心对称，是实验制备、检测都非常便捷的绝佳材料。

　　翁红明说：“这一发现的难度在于，从众多材料中找到合适的对象犹如大海捞针，必须对外尔费米子和材料物理特性都有相当认识才行。”

　　在外尔费米子被发现的一年后，翁红明和同事们又进一步“预言”：在一类具有碳化钨晶体结构的材料中存在三重简并的电子态。

　　2017年6月，这个新预言被实验证实，三重简并费米子被首次观测到。这是物理所科研团队继拓扑绝缘体、量子反常霍尔效应、外尔费米子之后，在拓扑物态研究领域取得的又一次重要突破，引起国际物理学界广泛关注。

　　成绩源于多年的深耕积累。翁红明很享受在物理所工作的经历：“这无关荣誉，我找到了更感兴趣、更加深入的研究领域和方向。”

　　自由思考、厚积薄发，一直是翁红明喜欢的学术氛围。他所追求的不是多发表文章，而是能攀登科学高峰，真正对人类文明有所贡献。

　　科研仅靠一个人或一个小组的力量是不够的

　　作为理论物理学家，翁红明专攻量子材料的计算和设计。

　　物理学通常分成两大类，即理论物理和实验物理。理论物理通过理论推导和公式推算得出的结论被称为“预言”，“预言”必须通过实验验证才能成为国际公认的科学事实。

　　在翁红明看来，他接连获得的几次重大发现，都离不开与同事们的通力合作。这，也是他做科研一直特别重视的一点。

　　“理论预言、样品制备和实验观测，这三个环节缺一个都不行。”翁红明说，“在当今科学领域细分程度非常高的情况下，科研仅靠一个人或一个小组的力量是不够的。当有重要任务目标时，我们几个小组紧密合作，在理论、样品、实验等环节实现了环环相扣、无缝对接。”

　　在许多人的想象中，理论物理学家的工作，就是每天独自埋头在稿纸堆里计算推演，然后坐着冥思苦想、灵光乍现。

　　但翁红明认为，计算推演的确要做，思考分析也不可少，但和同行们的交流也非常重要。他每天上班的第一件事就是查看和了解国际上最新的科研进展，然后分析、思考、计算，再把自己的想法跟同事们交流。“很多时候，我的一些想法，或者说突然的一些灵感，其实都是在思考、交流和工作过程当中产生的。”

　　“发现三重简并费米子”这一成果，就源于翁红明和石友国、钱天两位同事一次喝咖啡时的思想碰撞。

　　物理所的咖啡厅在学术界享有盛誉，不但因为咖啡好喝，也因为常有科研人员汇聚在此畅聊科学、各抒己见，聊着聊着，灵感经常“火花四射”。

　　和大家一样，翁红明、石友国和钱天工作之余也喜欢在咖啡厅一聚。翁红明有什么新想法会第一时间告诉他俩；石友国和钱天在实验过程中有什么新发现或疑惑，也会第一时间反馈给翁红明。

　　“闲聊中就能交换信息，我们的交流是完全敞开的，毫无保留地让大家知道彼此做了什么。”翁红明说。

　　翁红明告诉记者，在科研道路上，自己非常珍视的成功秘诀有两个，一个是注意总结和积累，另一个就是跟别人多交流。

　　“目前我努力发展基于大数据和人工智能的凝聚态物质科学研究，其实也是基于这两点考虑，因为所有人的知识积累都体现在这些数据当中。”翁红明说。

　　做研究应该抓住一些更新奇、更本质的问题

　　1977年，翁红明出生在江苏泰兴一户普通人家。他的父母都是农民，家里还有一个姐姐。

　　初中开始，翁红明第一次接触到物理，从此便沉迷其中。“物理让我对周围的世界有了更深入的了解和认识。”翁红明说。

　　兴趣是最好的老师。对物理的热爱，指引着翁红明叩开了物理科学的大门。

　　1996年，翁红明参加高考。在填报志愿时，他毫不犹豫地将所有的志愿都填上了物理。最终，他如愿被南京大学物理系录取。

　　南京大学的物理系在凝聚态物理领域积淀很深。翁红明在这一领域进行相关知识的学习与研究，一学就是9年，直到博士毕业。毕业后，他去了日本的东北大学金属材料研究所做博士后研究，主要研究各种材料的导电性质。

　　到日本一年半后，翁红明萌生了转换研究方向的想法。

　　“我想要转到计算方法和程序的发展上，这是凝聚态物理领域中一个最基础也是最具有核心竞争力的方向。”翁红明说，“如果想要在这个领域有长远发展，就要在这个方向上有一定的积累。”在他看来，静下心来探索重要的基础科学问题，要比做一些“短平快”研究更有意义。

　　想归想，但真正下定决心，翁红明也经过了一番纠结。

　　他坦言：“当转到一个更基础的方向，也意味着你在未来的几年甚至是更长的时间里都需要耐得住坐冷板凳。所以必须做好思想准备，去做一些积累性的工作。”

　　2008年，翁红明的人生又有了一次重大转折。

　　那一年，物理研究所研究员、博士生导师方忠到日本访问交流，翁红明跟他进行了深入的交谈和讨论。

　　翁红明告诉记者：“他跟我介绍了当时做的一项很有意思的工作。虽然我那时并没有很深刻的理解，却受到很大的启发——做研究应该抓住一些更新奇、更本质的问题。”

　　在方忠的影响下，2010年，翁红明决定回到国内，入职物理研究所，成为方忠团队的一名成员。

　　翁红明说：“每个人在一生当中可能会跟很多人交往交谈，但在人生重要转折时刻能够给你启发的却不多。能有这样的机遇去跟方忠老师交流并受到启发，我觉得这是非常宝贵和幸运的。”

　　在新的一年里，翁红明说自己有很多研究工作要做，尤其是如何在拓扑电子学器件研究方面取得突破，促使拓扑电子态理论变成可落地应用的技术。而这，需要跟器件和应用等方向的研究人员进行交流和讨论。

　　翁红明相信，拓扑时代的黎明时分正在临近。（记者 吴月辉）

历史中的兔子：早在三国时期就用兔毛制笔******

　　从“玉兔捣药”到“小兔子乖乖，把门儿开开”，兔子已经陪人们走过了漫长的岁月。在中国古代，兔子究竟是什么样的存在？2023年新春之际，华西都市报、封面新闻记者邀请中国社会科学院考古研究所科技考古中心副主任吕鹏，聊聊历史中的兔子究竟是什么样的。

　　兔鼠分道扬镳于6200万年前

　　《诗经》已记载兔肉食用方式

　　虽然在大众看来，兔子毛茸茸的很可爱，但吕鹏告诉记者，其实兔子跟鼠之间，有着密切的关系，“从骨骼形态上看，兔(属于兔形目)和鼠(属于啮齿目)都拥有终身生长的门齿，表明兔和鼠之间有着密切的关系，现代分类学创始人林奈在1735年将兔和鼠一起列入啮齿动物。”

　　而它们分道扬镳，是在6200万年前。20世纪70年代，中国科学院古脊椎动物与古人类研究所李传夔先生研究安徽潜山早古新世(距今约6200万年前)地层出土的动物遗存，发现有“安徽模鼠兔”和“东方晓鼠”。其中安徽模鼠兔为兔形类动物的祖先类型，而东方晓鼠接近于啮齿动物的祖先类型，二者在骨骼形态上具有相互交混的特征，这就表明一方面鼠兔同源，另一方面二者至少在6200万年前已经分道扬镳，兔形类和啮齿类动物走上了各自独立演化的道路。

　　吕鹏告诉记者，家兔传入我国的时间较晚。在我国古代，野兔的利用价值主要是在肉食、狩猎宠物、祭祀、药用、皮毛开发等方面。“兔头在四川人的美食版图上不可或缺，成都人称为兔脑壳，”吕鹏说，“其实在中国古代，野兔的主要用途就是肉食来源。”据《诗经·小雅·瓠叶》中记载：“有兔斯首，炮之燔之……有兔斯首，燔之炙之……有兔斯首，燔之炮之”，描绘了西周时期普通人家将捕获的野兔通过炮、燔、炙等加工方式制作成美食待客的情形。所谓“炮”就是将带毛的动物裹上泥放在火上烧；“燔”指的是用火烤熟食物，而“炙”则是熏烤的意思。据《礼记》记载，正式的宴请当备“六牲”作为荤菜，即豕、牛、羊、鸡、鱼、雁，兔子并未列入其中。虽然只备了兔肉，但主人换了三种不同的烹饪方式，可见其用心。

　　但在中国古代也有另一种说法，那就是孕妇不能食兔肉。东汉《论衡·命义篇》中有过记载：“妊妇食兔，子生缺唇”。“当然这是没有科学根据的迷信说法。”吕鹏解释道。除此之外，兔毛皮保暖性能好、不易缠结，可用以制裘，兔皮可以熬胶，兔毛还可以用来做兔毫毛笔。明代《齐民要术》中转录三国时期韦诞的《笔方》中有写“先次以铁梳兔毫及羊青毛”，可见用兔毛制笔的历史可以早到三国时期。

　　古人曾以活兔陪葬

　　新石器时代就有兔形玉器

　　在文物里，也有不少以兔为题材或者是兔子形象的文物。仅是故宫博物院，就有商代的玉兔、汉代的兔猴铜带钩、唐代的瓷兔、宋代的三彩剔划花兔纹枕、元代的白玉兔形佩、明代的双兔图页等藏品。

　　“按照文物材质来看，在玉石材质文物、陶质文物、青铜器和画像石中常见兔的形象。”吕鹏告诉记者。以距今5300年左右新石器时代的安徽含山凌家滩遗址为例，在此墓地M10中出土有玉兔饰1件，是迄今为止发现年代最早的兔形玉器。

　　山西曲村晋侯墓地8号墓出土的青铜兔尊，则是目前发现最早的、以兔作为尊的青铜器。兔头微伸，呈跃跃欲试状，背上驮一尊口，兔身两侧饰圆形的火纹和雷纹。

　　而在山东嘉祥宋山4号祠堂东壁的东汉画像石中的兔子，则可以代表世俗和神话中两种不同的“兔”形象。吕鹏说：“在画像的上侧，东王公居中，马头、鸡头、狗头带翼神人跪于左右两侧；在画像左侧有面对面站立的两兔，分别用一只前肢扶臼，一只前肢握杵，似在捣药；在画像的下侧，厨房的房梁上悬挂着鱼、鸡、猪头、猪和兔等，这些都是准备烹饪的肉食。”

　　“山东济南洛庄汉墓的陪葬坑，是目前出土动物数量最多、种类最丰富的遗存。”吕鹏说，洛庄汉墓是西汉诸侯王级别的墓，编号为34号的大型动物陪葬坑中出土动物遗存共有110余具，动物种属包括绵羊、猪、狗、兔等4种。其中，兔有45只。

　　吕鹏告诉记者，在这其中比较特别的是，该坑放置了两个兔笼。西侧木笼保存较好，长度1.8米，宽度0.47米，笼中发现多只完整兔骨，“根据笼中兔骨凌乱、笼外可能为外逃之兔的考古现象推测，当时陪葬的是活兔。”(华西都市报-封面新闻记者 刘可欣)

　　(来源：华西都市报 2023年1月29日 A12版)

　　（文图：赵筱尘 巫邓炎）